一种影子跟随的多无人机区域覆盖路径规划方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113625772A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202111059808.3(22)申请日2021.09.10(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人杨文婧王欢史殿习杨绍武李宁徐嘉迟郭敏(74)专利代理机构湖南企企卫知识产权代理有限公司43257代理人任合明(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书6页说明书17页附图4页(54)发明名称一种影子跟随的多无人机区域覆盖路径规划方法(57)摘要本发明公开了一种影子跟随的多无人机区域覆盖路径规划方法，目的是解决多架无人机从单一起点出发导致起点周围冗余覆盖和无人机负载不均匀的问题。技术方案是：对已知目标区域进行预处理；计算内部障碍物集合的包围网格、待覆盖网格单元集合G中所有网格的连接关系和G中所有网格到起点的最短距离；采用影子跟随方法计算无人机的数量N和N架无人机的飞行路径集合P，计算无人机的前进位置时同步更新影子路径；使用负载均衡方法重规划P，N架无人机按照P中的路径从p1到pN的顺序执行覆盖任务。本发明使用最少的无人机数目通过每架无人机单次往返起点完成目标区域的覆盖任务，通过均衡多架无人机的任务负载，提高了整体的覆盖效率。CN113625772ACN113625772A权利要求书1/6页1.一种影子跟随的多无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，对已知的目标区域进行预处理；目标区域包括待覆盖区域的边界、待覆盖区域内的障碍物的位置和起点位置，充电站设置在起点处；通过分解的方式将目标区域T划分为形状大小相同的正方形网格单元；网格单元的边长记作R，R根据机载传感器的能力及任务要求确定；目标区域T中包括两类网格单元：待覆盖的网格单元g和障碍物网格单元m；待覆盖网格单元g组成的集合记作待覆盖网格单元集合G，障碍物网格单元m组成的集合记作障碍物网格单元集合M；其中，G内有一个网格单元作为起点，记作S；无人机从S出发执行覆盖任务，并在能量不足或者任务结束时返回S；M中的网格单元分为两类：边界障碍物集合Md和内部障碍物集合Me；Md中包括与目标区域边界具有连接关系的网格单元和与其它边界障碍物网格单元具有连接关系的网格单元，边界障碍物网格单元记作md；除了Md中的网格单元，M中的剩余网格单元为内部障碍物网格单元me组成了内部障碍物集合Me；这里的连接关系包括直接相邻关系和斜向相邻关系；直接相邻是指两个网格单元的中心距离等于R；斜向相邻是指两个网格单元的中心距离等于第二步，计算内部障碍物集合Me的包围网格、待覆盖网格单元集合G中所有网格的连接关系和G中所有网格到起点的最短距离，方法是：2.1根据内部障碍物集合Me中的网格单元之间的连接关系对Me中的网格单元进行分组，分别计算每一组内部障碍物网格单元的包围网格并按照顺时针方向对包围网格排序，将排好序的包围网格均放到包围网格集合Sur中，Sur＝{Sur1，...，Surk，...，SurK}，1≤k≤K，Surk为第k组排好序的包围网格的集合；包围网格指与Me中的任一网格单元具有连接关系的待覆盖网格单元；2.2统计待覆盖网格单元集合G中每个网格单元即g1，...，gj，...gnum(G)的直接相邻网格单元，将直接相邻网格单元分别保存至g1，...，gj，...gnum(G)的直接相邻网格单元集合中，得到g1，...，gj，...gnum(G)的直接相邻网格单元集合其中，num(G)表示G中网格单元的数目，表示G中第j个网格单元gj的直接相邻网格单元集合，1≤j≤num(G)；2.3统计待覆盖网格单元集合G中每个网格单元即g1，...，gj，...gnum(G)的斜向相邻网格单元，将斜向相邻网格单元保存至g1，...，gj，...gnum(a)的斜向相邻网格单元集合中，得到待覆盖网格单元的斜向相邻网格单元集合其中，表示G中第j个网格单元gj的斜向相邻网格单元集合；2.4在区域覆盖算法研究领域，当目标区域用正方形网格划分时，默认无人机的移动规则为从当前位置所在的网格单元向直接相邻网格单元移动，不能直接到达当前位置所在网格单元的斜向相邻网格单元；根据无人机从当前位置所在网格单元向直接相邻的网格单元移动的规则，计算G中每个待覆盖网格单元到起点S的最短距离，即g1，...，gj，...gnum(G)到S需要经过的最少的网格单元数目，记作得到g1，...，gj，...gnum(G)到起点的最短距离集合其中，表示gj到2CN113625772A权利要求书2/6页S的最短距离；第三步，计算无人机的数量N和N架无人机的飞行路径集合P；无人机的数量N在数值上等于单架